陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

地下の水は何歳？

― 福島県沿岸域の調査からわかったこと ―藪崎志穂（総合地球環境学研究所）
1．地下水の滞留時間とはるような深井戸（深層地下水）では数十年〜数百皆さんが立っている地面の下には沢山の水（地年、場合によっては千年以上の滞留時間を示す場中水）が貯留されています。地中水はその物理的合があります。更に 1,000 m を超える非常に深いな性質により土壌水と地下水に区分され、簡単に井戸では、数万年〜数十万年の値を示すこともあ言えば地下水面より下にある水が地下水と呼ばれります。ています。この地下水の源に関して、扇状地のよ
2．滞留時間の推定方法

うに地表面から水が浸透しやすい地形が広がる地1）

域では河川水が地下に浸透して地下水を涵養 しこのように滞留時間はバリエーションに富んでている場合もありますが、多くは空から降ってくいますが、それではこうした滞留時間はどのようる降水が源となり地下水をつくりあげています。にして求められているのでしょうか？

地下水が涵養される地域（場所）のことを涵養域

水の滞留時間の推定には複数の方法がありますといい、日本のような山地が多い地形条件下では、が、比較的古くから利用されている手段として放地下水の涵養域の多くは山間部となります。よっ射性同位体を用いる方法が挙げられます。放射性て、涵養域の近くの比較的浅い地下水は涵養され同位体の原子核は一定の時間の経過に伴い放射壊てからあまり時間が経過していないことが多いで変をして他の元素に変化しますが、この原子数がすが、涵養域から遠く離れかつ深い地下水ではか半分に減るのに要する時間を半減期といいます。

なり長い時間をかけて流れてきていることは想像

例えば 3 H（トリチウム）では 12.32 年、14 C ではに難くありません。この水の流れてきた時間は人5,730 年、36Cl では 301,000 年となっています。こ間に例えれば年齢に相当しており、学術的には「滞の性質を利用して、試料水の放射性同位体の濃度留時間」と呼ばれています。滞留時間の定義は、を測定し、過去の時系列データと比較することに降水や地表水が地下に浸透して帯水層（地下水面）より滞留時間を推定することができます。一般的に達したときを 0（ゼロ）とし、地下水が地中をに半減期の 10 倍程度の時間まで推定することが流動して、ある場所に到達するまでにかかった時できるとされていますので、3 H では数年〜100間のこと、とされています。ただし、地表面から年程度、14 C では数千年〜数万年程度、36Cl では地下水面までの不飽和帯の厚さが特に厚い場合に数十万年〜百万年のオーダーの滞留時間の推定には、この分を考慮する必要があります。日本のよ利用されています。調べたい水を採取してそれぞうな島弧では地下水の滞留時間は比較的短い場合

れの放射性同位体の濃度を把握することにより滞が多く、民家の井戸などで利用されている浅井戸留時間を推定することができるので便利な手法で（浅層地下水）では数年〜数十年オーダーの滞留すが、対象とする放射性同位体が人工的に環境中時間を示す地下水が多いですが、一方で工場用水に排出された場合にはこの方法の適用が困難になや水道水源などで利用されている 100 m を超えることもあります。
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その他に、1990 年代頃から CFCs や SF6 を用

沿岸域の地下水に現れる可能性があるのか、もしいた滞留時間の推定が行われています。CFCs はあればいつ頃なのか、などの判断や対策を行う場

クロロフルオロカーボン類（chlorofluorocarbons）合にも滞留時間の情報は不可欠です。本研究ではといい、CFC-11、CFC-12、CFC-113 などがあり、地下水流動把握の一環として、地下水や湧水の滞冷却剤や洗浄剤などの工業用として 1930 年代に留時間の推定に取り組みました（Yabusaki and

人工的に生成された有機化合物で、化学的に極めAsai, 2023）。て安定な性質を持っています。SF6 は六フッ化硫研究対象地域は福島県沿岸域の新地町、相馬市、黄（sulfur hexafluoride）のことで、電気や電子

南相馬市、浪江町、大熊町で、湧水 31 地点、地機器などの絶縁ガスとして 1960 年代から利用さ下水 13 地点、自噴井 13 地点の計 57 地点で調査れている気体です。CFCs や SF6 を用いる方法でを行いました。なお、自噴井とは地下水が自然には現在〜100 年ほどの滞留時間を推定することが地表に湧き出す井戸のことで、扇状地の扇端部やできるため、日本で一般的に利用されている浅井火山山麓、盆地などに設置された比較的深い井戸戸や一部の深井戸の滞留時間を推定するのに適しで多くみられます。本研究地の自噴井の深度はた方法といえます（詳細は「同位体環境学がえが30〜100 m です。また、これらの地点において、く世界、第 3 章

3地下水流動研究におけるマルチH 測定用（湧水 38 サンプル、地下水 14 サンプル、自噴井 19 サンプル）と、CFCs、SF6 測定用（湧トレーサーの活用法」をご覧ください）。

水 9 サンプル、地下水 1 サンプル、自噴井 11 サ
3．調査地域の概要

ンプル）の試料採取を実施しました。なお、調査滞留時間は持続可能な地下水利用の検討や地下地点数よりも 3 H 測定用の採取サンプル数が多く水流動を把握する際に重要な情報となります。ごなっていますが、これは時期に伴う濃度変化の確存知のように、福島県沿岸域は 2011 年 3 月 11 日

認のため、数地点において複数回の試料採取をに発生した地震の影響により津波が発生し、広域行ったためです。また、3 H のサンプル数に対しで甚大な被害が生じました。また、地震に伴い福て CFCs と SF6 のサンプル数は少なくなっていま

島第一原子力発電所（FDNPP）の事故が生じ、すが、CFCs と SF6 は大気に触れないように試料環境中に多量の放射性物質が放出されたため、長水を専用の採水容器に採取する必要があるため、期間にわたり立ち入りや居住、農業活動などが制一部の調査地点では分析用の試料水を採取するこ限されました。2023 年 1 月時点において、大部とができなかったことに因ります。

分では規制が解除されましたが、未だ立ち入りが4．滞留時間の分布制限されている地域もあります。その一方で、沿採取した水試料について、前処理を行った後、岸域では道路の修繕、盛土や堤防の造成、海岸防災林や緑地公園などが整備され、住民が戻り生活3を再開する地域も増えてきました。また、稲作なと SF6 はガスクロマトグラフで濃度を測定し、そどの農業活動も徐々に再開されており、地下水のれぞれ必要な補正を行い、大気中の濃度曲線と比利用も今後増えてくることが予想されます。こう較検討して滞留時間を推定しました。

H は液体シンチレーションカウンターで、CFCs3したことから、沿岸域の現在の地下水の水質の特H 濃度は、湧水や浅層地下水では相対的に高徴や、津波被害の影響の有無、地下水流動の把握く、特に FDNPP に近い浪江町や大熊町では高いなどが重要であると考えられます。また、内陸部

値を示し、原発事故による放射性物質の混入の影に飛散した放射性物質が浸透水と共に地中を移動響が及んでいることがわかりました（図 1）。一方、して地下水に取り込まれた場合、それらの影響が自噴井では位置に関わらず 3 H は自然のレベルの91

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図3

図 3．滞留時間の推定値（CFCs、SF6 を用いた解析結果）

滞留時間の推定値（CFCs，SF6を利⽤）

範 囲 内（概 ね 5 TU2）以 下）を 示 し て お り、
FDNPP の影響は認められませんでした（図 2）。
このことから、湧水や地下水では滞留時間を求めるために 3 H を利用することはできませんが、自図 1．湧水、地下水の H 濃度分布図
湧⽔，地下⽔の3H濃度分布図3

図1

噴井は 3 H の利用が可能であることがわかりました。
CFCs と SF6 を用いた滞留時間の推定結果から、湧水と地下水の滞留時間は約 15 年〜45 年、自噴井の滞留時間は約 50 年〜70 年で、相対的に自噴井の滞留時間が長いことが示されました（図 3）。
水質調査の結果をみると、自噴井の多くは NaHCO3 型の水質組成を示し、また SiO2 濃度が高いことから相対的に長い滞留時間の水質の特徴を有 し て お り（藪 崎，2020）、本 研 究 で 求 め た
CFCs や SF6 による滞留時間の推定結果と矛盾がありません。
5．今後の課題
本調査の結果から、福島県沿岸域の地下水の滞留時間の推定値は、湧水と地下水、および自噴井では明瞭な差があり、地下水流動の違いを反映していることを把握できました。こうした滞留時間の結果を地下水流動の推定に活用して、沿岸域の適正な地下水利用につなげてゆきたいと考えています。また、阿武隈山地や宮城県沿岸域など他の図 2．自噴井の H 濃度分布図
⾃噴井の3H濃度分布図

図2392

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地域にも同様の手法を用いて、滞留時間の推定や文献地下水流動把握に努めてゆく予定です。

Yabusaki, S. and Asai, K. (2023): Estimation ofgroundwater and spring water residence

謝辞

times near the coast of Fukushima, Japan.

本研究は、科学研究費補助金（基盤（C），課Groundwater, (in press, Accepted on

題番号：16K01212，および 20K01150，研究代表

December 31st, 2022).

者：藪崎 志穂）の助成を受けて実施しています。

https://doi.org/10.1111/gwat.13288
藪崎志穂（2020）：福島県北部沿岸域の地下⽔，

注釈

湧⽔等の⽔質特性の把握と安定同位体を⽤い

1） 降水や河川・湖沼などの地表水が地表面からた 涵 養 域 の 推 定．地 下 水 学 会 誌，62（3），

浸透して地下水に吸収・付加されることを意

449‒471．

味します。また、地下水の涵養が行われる地

https://doi.org/10.5917/jagh.62.449

域（場所）を涵養域といいます。
著者情報

2） TU とはトリチウムユニット（Tritium Unit）

藪崎志穂

18の 略 で、1 TU と は 水 素 原 子（H）10 個 中に H が 1 個含まれていることを意味してい2016 年 4 月より総合地球環境学ます。従って、TU が大きければより多くの
3

筑波大学大学院 博士課程 生命環境科学研究科を修了。

3研究所に所属。専門は同位体水文

3H が含まれている（ H 濃度が高い）ことに学、地下水学。各地の降水の同位体長期観測や、地下水・湧水の水なります。なお、1 TU は 0.118 Bq/L です。

質の特徴把握、福島県や仙台市の沿岸域の地下水調査、忍野村の地下水流動観測などを行っています。

93（2023 年 3 月 31 日掲載）